智能柴油机与其系统简介课件.ppt

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1、Jimei University Marine Engineering Institute,New Sulzer RT-Flex低速智能柴油机简介,一、 WasiliaRT-Flex智能柴油机的开发历史,1981年研发小组研发了电子控制的燃油喷射控制系统并在试验机上进行了2500小时试验;（第一代电子控制系统）,1990年3月开发了第二代电子控制系统并将其应用在缸径为540mm四冲程试验机上，该试验机是真正的无凸轮；最大的特色在于：燃油喷射、排气阀驱动、空气启动和气缸润滑由电子控制系统控制;,1998年6基于共轨技术的第三代电子控制系统并应用在RT-flex试验机上，进行了2000运转小时的试

2、验。,2001年9月18日在一艘47590 DWT散货船上首次6RT-flex58T-B型柴油机，最大输出功率为11275kw，主机转速为93转/分。,Jimei University Marine Engineering Institute,RT-Flex 智能柴油机的外观结构,高压油泵与伺服油泵,燃油与排气阀电子控制单元,增压器,Jimei University Marine Engineering Institute,二、传统柴油机和电控共轨型柴油机的区别,高压油泵,Sulzer RT-Flex60C智能柴油机,排气阀驱动伺服油控制装置,容积式燃油电子控制单元,排气阀伺服油泵,增压器,应

3、急鼓风机,油泵驱动装置,Jimei University Marine Engineering Institute,2、电喷共轨智能柴油机与传统柴油机结构上的区别,传统的柴油机是由调速器控制其喷油量，由凸轮控制其喷油定 时、进排气、起动等过程，能使柴油机在额定工况下实现性能的优化。当柴油机的工况、海况、外界环境、燃油品质发生变化，凸轮轴磨损或者机械间隙改变导致喷油正时、喷油速率、配气正时、气阀时面值等参数偏离其设计的最佳值时，均会影响柴油机经济性能。传统柴油机在低负荷运行，由于燃烧性能不佳，会出现排放不能达到规定的排放标准。,1）传统柴油机的结构特点,Jimei University Mari

4、ne Engineering Institute,电控型柴油机也称为智能型柴油机，即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其重要部分的新型柴油机。主要是应用了电控技术，通过控制燃油喷射正时、喷油量、喷射速率、压力以及进、排气阀正时，能够有效地实现柴油机在各种负荷下的性能最优化，从而达到在满足最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。采用了VEC装置，通过电子控制装置改变气阀正时，低负荷运行时使气阀升程适当减少，气缸压力适当提高。保证柴油机运行的经济性。 按负荷大小控制气缸套冷却：部分负荷时冷却水系统部分被旁通，保持运行中气缸套表面温度在露点以上，避免低负荷时缸套材料出现低

5、温腐蚀。按负荷控制气缸滑油系统：使运行的发动机可根据负荷和运行状态获得最佳供油率。,2）电喷共轨智能柴油机的结构特点,Jimei University Marine Engineering Institute,3）结构上的区别：,取消了传统的RTA 型机的以下部件:排气阀驱动装置(VEC Device)、燃油泵(fuel pump); 凸轮轴(camshaft); 换向伺服马达(reversing servomotor);燃油连接(fuel linkage):燃油管路修改;伺服电机(actuator);燃油喷射时间控制的VIT 装置;起动空气分配器(start airdistribution)

6、;凸轮轴驱动(camshaft drive)。,取消,Jimei University Marine Engineering Institute,取消,取代的装置,取代装置,取代的装置如下:1）Common Rail 装置，用来建立燃油压力;2）WECS-9500 控制系统目前已升级为WECS-9520） 3）伺服油系统(servo oil system)：控制排气阀的操作;4）容积喷射控制单元(; Volumetric Injection Control Unit )：控制燃油的流量和喷射时间； 5）燃油供给单元(supply unit )取代原有的燃油泵，提供高压燃油和伺服油。,Jimei

7、 University Marine Engineering Institute,RT-Flex engine 与RTA engine的结构比较图,Jimei University Marine Engineering Institute,三、Sulzer RT-Flex 的重要部件及系统,1、燃油系统,工作过程：主机通过曲轴的旋转为燃油泵加压，使燃油压力达到1000Bar，接着燃油被送到Common Rail 的管路里，再通过Common Rail里的容积喷射控制单元对燃油喷射进行控制。该控制单元由200Bar 的伺服油驱动，而伺服油的触发信号来自于WECS-9500 的气缸控制单元，气缸控

8、制单元通过曲轴角度传感器测得曲轴位置和负荷，进行判断、计算。同时，考虑传动机械的延时，然后选择最佳时机进行燃油的喷射（最佳喷油正时、喷油量、使用喷油器数量）。,SULZER RT-FLEX智能柴油机共轨电喷系统图,Jimei University Marine Engineering Institute,轮机员还可以通过主机的反馈信息，利用WECS 的辅助单元对FQS 和VIT 进行重新设定。同时，WECS-9500 （目前已升级到WECS-9520）RT-flex 的气缸的喷油器有3 个，低负荷运行时，WECS-9500 控制系统可以关闭其中的1 个或2 个喷油阀，减少喷油量，从而可以达到省

9、油，减少废气排放的目的，同时还可以达到良好的低负荷运行特性。,Jimei University Marine Engineering Institute,2、 排气阀控制系统,SULZER RT-FLEX智能柴油机排气阀控制原理图,工作过程：排气阀是由伺服油来驱动的，主机运行时，曲轴旋转带动伺服油泵加压伺服油，伺服油的压力大小由WECS-9500 系统根据主机的负荷来决定，主机的负荷大，伺服油的压力也高，加压后的伺服油再去驱动排气阀伺服油单元，去打开或关闭废气阀。排气阀的打开和关闭时间(VEO、VEC)是按照WECS-9500 系统的内部设定的曲线根据主机的转速自动调节。,Jimei Univ

10、ersity Marine Engineering Institute,3、起动空气系统,主空气阀,气缸起动阀,来自WECS95000起动控制信号,工作过程:在起动过程中， WECS9500气缸控制单元送出起动控制信号,按照既定的起动曲线或程序使曲轴平稳的慢转地起动运转，这样既可以节省起动空气，又可以达到良好的低转速运行特性。,Jimei University Marine Engineering Institute,4、气缸润滑油系统,气缸注油器,上/下两层人字形注油孔,气缸油用于润滑气阀导杆,根据柴油机负荷的大小,来自WECS9500的信号,用于控制注油量的大小,低负荷时适当减少,高负荷是

11、逐渐增加.,Jimei University Marine Engineering Institute,5、WECS9500控制系统,位于集控室内的其他控制设备,Sulzer RT-flex 机本身具有一套WECS-9500主机管理系统，它与主机遥控并不一样，它的主要作用：1）是对Common Rail 的燃油压力、伺服油压力进行控制，2）与主机、气缸相关的功能的管理，其中包括主机的状态检测，一些参数的调整，来控制气缸的喷油时间、喷油量、排气时间，使主机工作在一种非常良好的工作状态，燃油的燃烧更加充分，3）另外，该系统还是主机与外界通信的窗口。,Jimei University Marine

12、Engineering Institute,1）公共电子控制单元(Com-EU)它包括两个主控制模块MC M，互为备用，和选择模块ASM。它的主要作用： 对油路的油压，主起动空气阀进行控制；与其它系统通信、对内部信号进行监测和传输。,WECS-9500 系统设备组成,Jimei University Marine Engineering Institute,2）气缸电子控制单元(Cyl-EU),每个气缸配备一个该控制单元，安装在Common Rail 平台的下部；主要作用：它可以对气缸的起动空气提供、燃油喷射、排气阀的开闭在时间和数量上进行控制，即VIT、VEO、VEC 等功能的控制。,控制喷

13、油的正时和使用个数,Jimei University Marine Engineering Institute,由皮带传动，装于自由端的曲轴转角传感器,曲轴角度传感器(Crank Angle Sensor ),用于准确测量曲轴的位置， 然后反馈信号给WECS-9500 系统，便于对喷油和排气的正时进行控制。,Jimei University Marine Engineering Institute,WECS 的辅助控制单元(WECS assistant),安装在集控室， 该单元包括一台计算机和一台MAPEX-CR 的控制装置。主要作用：1）是显示主机的状态及报警，例如每个气缸的燃油、排气正时，

14、每个气缸转速等状态的显示，2）以及对主机的一些参数进行设定，例如，修改VIT，FQS等的参数，改变喷油的起始角度，排气阀的关闭角度等。,Jimei University Marine Engineering Institute,作为智能化的主机，RT-flex 机型也配备一些附加的功能，即一些特殊的参数检测，数据分析，管理维修，和备件管理等，其中包括MAPEX-TP(气缸磨损检测)、MAPEX-PR(活塞运行可靠性检测)、MAPEX-CR(燃烧可靠性检测、MAPEX-TV/AV(扭矩振动/轴向振动检测)、MAPEX-SM(备件和维修)，使用者可以根据需要，有选择性的安装以上的管理功能。,MAP

15、EX 系列,Jimei University Marine Engineering Institute,三、主机遥控、安全、调速等系统介绍,1、主机遥控系统,主机遥控系统独立于WECS - 9500系统工作,但遥控系统与WECS - 9500系统密切相关联。主机遥控系统可实现驾驶台控制和机舱控制的相互转换。主机遥控系统通常可以实现以下功能: 1）车钟系统;2）速度检测;3）启动程序; 4）遥控显示参数;5）报警功能;6）减速和停车。WECS - 9500与主机遥控系统的交流与主机遥控系统的交流:1）所有主机运行命令如正车、倒车等，依操作人员要求的指令通过主控制模板的负荷信号送到主机遥控系统，并

16、通过WECS 9500的公共电子单元，用于对主机进行启动、调速等操作；另一方面，两个扫气压力和温度的信号经WECS - 9500控制系统传送到主机遥控系统,其中有一路信号是备用信号。,Jimei University Marine Engineering Institute,2、调速系统,以往的调速系统是由调速器来控制伺服电机进行调速，而现在的调速系统只需要提供燃油的命令信号给WECS-9500 系统即可。主要工作原理如下:1）转速命令由车钟发出给调速系统，调速系统与转速传感器测得的主机的实际转速比较，然后计算出需要提供的燃油命令送给WECS-9500 系统的公共控制单元；2）公共控制单元通过

17、总线将数据传给每个气缸控制单元，气缸控制单元再输出信号给容积喷射控制单元，该容积喷射控制单元再去控制喷油器进行喷油，3）喷油量的反馈信号也反馈给气缸控制单元，再到公共控制单元，进而反馈给主机调速系统，便于调速系统进一步的控制。,e,调节器,油量限制机构,9500MCM模块,9500CCM模块,容积式燃油喷射单元,主机,车钟,转速测量,转速变换,Jimei University Marine Engineering Institute,四、RT-flex 机型的优点,与常规的RTA 型主机相比，RT-flex 机型具有如下优点：,1、 油耗低，维修费用少 RT-flex 型主机通过Common

18、Rail 装置使燃油维持在较为优化的压力下，再通过主机管理系统WECS-9500 控制系统控制燃油的喷油量及喷油时间，使其更加充分的燃烧，从而达到省油和减少维护的目的。,2、 无烟排放 通过Common Rail 及WECS-9500 控制系统使燃油的燃烧较为充分，再加上WECS-9500 控制系统对废气的排放时间的优化控制，使RT-flex 机的废气中NOx 的排放较低，更好的满足了IMO 的废气排放要求。,Jimei University Marine Engineering Institute,3 、良好的低转速运行特性 RT-flex 机通过Common Rail 装置对燃油压力的控制

19、，低负荷时燃油依然保持高压，以及喷油嘴可以选择性关闭的功能，使主机可以在低速的情况下无烟的运行，最低的运行转速可以达到额定转速的6-12%，较适合在港口低速运行。,4、 冗余设计使系统更加可靠 燃油泵、伺服油泵、燃油管以及电子控制系统的冗余设计，使主机在损坏一台燃油泵或一台伺服油泵后，仍可满负荷工作，电气控制单元及总线的双套设计，使控制系统更加可靠。,Jimei University Marine Engineering Institute,5）采用电磁阀控制喷油，控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残余压力为0的现象，循环喷油量变动小，各缸燃烧压力、排烟温度等热力参数相当均衡；机械负荷和热

20、负荷低；柴油机内部机械作用力、扭矩和振动较小。,6）由于各个负荷状态下燃油均能很好雾化，缸内结碳明显减少，可以延长检修周期，降低船舶备件费用。,7）取消了凸轮等大部件，减轻了主机的重量和体积，从而增加了柴油机的可靠性，降低制造成本，加大大修间隔，降低维修成本，并可延长寿命。,Jimei University Marine Engineering Institute,五、电控共轨柴油机的不足与改进措施,1）由于给公共油轨输油的是轴带泵，刚开始启动时柴油机转速较低，影响到轨压，使其压力有些波动，必然会影响到共轨系统的工作状况。改进措施：油轨的供油泵由电动机提供动力，那么给油泵的转速不再受主机的影响

21、，这样更加容易控制。,2）对共轨系统伺服油清洁程度要求较高。改进措施：如果把共轨系统的伺服油设计成一个独立的系统，增加一套滑油的冷却、净化等机械，将会使共轨系统的管理更加方便。,3）电控共轨柴油机仅把排气阀作了优化控制，对于进气、扫气未进行优化，所以整个换气过程还未达到最优化 。,Jimei University Marine Engineering Institute,4）系统中较多使用电磁阀且激磁频繁，不少电子元器件长期在高温、振动等环境中工作，损坏概率高，从而导致意外事故增多。,5）大量采用电脑技术，对船舶管理人员提出了更高的要求。,六、共轨柴油机运行管理要点,1）保证滑油系统的清洁。由

22、于有一部分滑油是用于控制系统的，对其清洁度有很高的要求。应该特别注意各个滤器的状态，并按要求清洗。,2）确保共轨油压管路的密封。共轨油压系统的压力较高，在运行过程中一定要观察它的密封性是否良好。特别是进入喷油器的那段管路，既要保证它的密封性，同时又要保证它的膨胀不是太大，以免对喷射雾化产生不良影响。,Jimei University Marine Engineering Institute,3）电磁阀。在共轨油压系统的控制单元中，电磁阀是一个很重要也是很容易损坏的元件。必须保证伺服油的清洁度，否则会造成电磁阀的动作延迟或卡死，或电磁阀磨损加剧，从而产生密封不好等一系列问题。另外，过电流还会造成

23、电磁阀的烧毁。因此，日常管理中，要特别注意对电磁阀的维护保养。,4）传感器。传感器是控制系统获取柴油机上工作状况的主要途径。传感器损坏将会造成控制系统误动作，必须保证各个传感器的清洁和保养，尤其是在恶劣状况下工作的传感器，应予以特别关注。,5）NOx排放量控制。电控共轨柴油机在满足NOx的排放标准的情况下，必须充分提高其运行经济性。所以这就要求轮机管理人员把握一个度。,Jimei University Marine Engineering Institute,从柴油机技术发展的历程来看，其经历了高压油泵的应用、涡轮增压技术和电子控制技术三次飞跃，其中以电子控制技术的发展影响最大。随着柴油机应用

24、电子技术的不断发展，燃油共轨喷射系统将会广泛应用于船舶大型低速柴油机，使排放量符合公约的要求，且进一步改善船舶柴油机的经济性和可靠性。未来的船舶推进动力装置，智能化程度将会越来越高，以减轻轮机管理人员的劳动强度和减少船上人员配备。所以，电控型柴油机极有可能完全取代传统的船用柴油机。,结 论,Jimei University Marine Engineering Institute,船舶动力装置新技术的应用,一、双燃料内燃机：主要在LNG船舶上使用，主要利用了LNG船舶货舱内的LNG ，在自然条件下自然蒸发的天然气作为燃料。近年来，诞生了以天然气柴油（或燃料油）的双燃料的二冲程内燃机和四冲程内燃

25、机，最大优点：1）可最大限度地利用自然蒸发的天然气，极大地降低燃油的消耗（节约燃油20%30%）；2）NOx排放量只有普通柴油机的1/10，CO2的排放量也相当低。目前，使用在船舶的双燃料内燃机有：Wartsilia公司的50DF系列四冲程双燃料智能内燃机和MAN公司ME-GI二冲程双燃料智能内燃机。,Jimei University Marine Engineering Institute,1、 Wartsilia50DF四冲程双燃料智能内燃机天然气模式时，燃料以天然气为主，先导燃油为轻油；燃油模式时使用重油。天然气模式时，天然气和先导轻油的喷射采用了电子技术，即电喷技术；目前已拥有6L和1

26、8V系列，单缸功率950KW，最大功率17100KW，转速500RPM，最大热效率47%。,Jimei University Marine Engineering Institute,1）工作原理：,工作过程：气体模式采用“天然气+先导燃油”的方案：低压天然气（小于5bar）与空气同时在进气冲程进入气缸，高压先导燃油在压缩冲程的末期喷入气缸（先导燃油量小于满负荷下燃油量的1%），空气与天然气的混合物的燃烧是在先导燃油喷入气缸开始的先导燃油起点火作用；当主机在满负荷的15%以下时，都是在燃油模式下启动的，在所有缸稳定燃烧时，才会启用气体模式。,Jimei University Marine En

27、gineering Institute,2）主要特点采用了两种模式运行，即天然气模式（主要模式，燃料是天然气和先导轻油）和燃油模式（在低负荷、启动时使用，燃料油为重油）；天然气和先导燃油的喷射采用电子控制；在运行中能灵活转换燃料类型；低排放、高效率、高可靠的提供功率的输出。,Jimei University Marine Engineering Institute,二、电力推进系统,1、电力推进系统的组成：电力推进系统主要由电站、配电板、变压器、谐波抑制器、变频器、推进电机、监控系统、螺旋桨组成。电站：由柴油发电机组和一套主配板组成。除了常规的电压（440V）外，综合电力推进系统大多数采用6.

28、6KV中压电。对于电力需求大的船舶，系统中的柴油机可被功率更大，更为紧凑的燃气轮机发电机组替代。变频器：交流推进电机的控制或变速驱动依赖于变压变频技术。 交流推进电机的调速主要采用变频调速，要求提供给交流电机的电源能够同时改变电压和频率。目前三种变频器：同步变频器（交-交变频）、循环变频器（交-直-交变频）和脉冲变频器。大多采用交-交变频器。推进电机：主要有交流电机、永磁电机、超导电机。随着永磁电机控制技术的发展，船舶电力推进系统中趋于采用永磁同步电机，功率从几百几百瓦到几兆瓦。,Jimei University Marine Engineering Institute,电站管理及监控系统：电

29、站管理系统采用同步运行方式，保证了船舶电网频率的稳定性；电力推进监控系统：采用现场总线网络监控系统，由推进控制中心（接受控制转速信号，处理后给相应的执行机构）、推进操纵单元（启动、停止推进装置，控制推进装置的转速，控制舵角信号）、舵角控制单元（接受舵角指示信号，驱动液压马达使吊舱轴旋转，从而改变舵角及航向）以及报警、监视单元组成。螺旋桨：采用变频技术的电力推进系统螺旋桨均为定距浆。主要采用吊舱推进式螺旋桨。,Jimei University Marine Engineering Institute,2、典型的电力推进装置：SSP吊舱式推进器电力推进装置，已在中远集团广州公司“泰安口”和“康盛口

30、”使用。,Jimei University Marine Engineering Institute,SSP吊舱式推进器电力推进装置,结构特点：它的吊舱直接悬挂在船下，通过法兰盘与船体相连；吊舱内装一台低速永磁同步电机；两个三叶定螺旋浆安装在吊舱的前后两端，由电机驱动；吊舱的侧面有一对飞机尾翼状的导流鳍，能提高推进效率，还具有散热功能；吊舱轴由两台液压马达驱动，能使吊舱360度转动，起到舵的作用。,吊舱,导流鳍,Jimei University Marine Engineering Institute,3、电力推进系统的优点：优化机舱，有利于船舶动力装置的配置：原动机与电力推进相对独立，使船舶

31、总体设计自由度大大增加，节省大量的空间；机械噪音大幅度减少，振动减少，工作区整洁，减少废气的排放，机舱内空气新鲜，环境得到改善。性能提升：推进电机转速易于调节，在各种转速下都能得到恒定转矩，使操纵方便，启动性能好，制动快。正倒车速度切换快，极大地提升了船舶的操纵性和机动性。营运成本低，有利于环保：由于原动机在各种航速下均保持在额定转速下运行，燃油的消耗率较低，也能够控制船舶对环境的污染。实现自控：采用计算机网络管理，全面提升船舶信息化、智能化、自动化水平。维护量减轻：易于实现自动化监控，提高适航性，减轻维护工作量。吊舱式推进装置可以潜水维修或在船舱内维修，工作量大为减少。,Jimei Univ

32、ersity Marine Engineering Institute,4、电力推进的应用： 在民用船舶上的应用正在快速发展，已不在局限于破冰船、挖泥船、勘探测量船、工程船传统的电力推进船舶；同时也已应用于滚装船、邮船、车渡、油船、集装箱船、游船。,Jimei University Marine Engineering Institute,由两组呈扇型布置，各由3个高压油泵组成,排气阀驱动伺服油泵，共三个,燃油蓄压缓冲器,高压燃油泵、伺服油泵图,Jimei University Marine Engineering Institute,根据柴油负荷的大小，WES9500给出供油量大小的信号，当

33、负荷较小时，油量减少，当负荷增加时，油量增加，保持燃油共轨管压力维持在1000bar。,油门刻度,Jimei University Marine Engineering Institute,容积喷射控制单元,来自Wes95000喷油器关闭控制信号，用于控制喷油器的喷射和喷油正时。,来自伺服油泵的控制油,将喷射油量的大小送至Wes95000电子控制单元.,接高压油管,Jimei University Marine Engineering Institute,3个喷油器及高压油管,排气阀液压油油管,RT-Flex 60c 智能柴油机缸头层,Jimei University Marine Engin

34、eering Institute,燃油系统,控制油系统,伺服油系统,气缸电子控制单元,公共电子控制单元,曲柄转角传感器,WECS-9500,Jimei University Marine Engineering Institute,伺服油泵,自动冲洗过滤器,排气阀驱动控制装置,Jimei University Marine Engineering Institute,容积式燃油喷射单元,燃油共轨管,共轨阀,油量反馈活塞,伺服油管,排气管控制阀,Jimei University Marine Engineering Institute,容积喷射控制单元,Jimei University Marine Engineering Institute,燃油供油单元,燃油泵,蓄压器,